CN107328899A - 一种防爆tvoc气体泄漏区域监测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种防爆TVOC气体泄漏区域监测装置，包括：防爆外壳，防爆外壳具有供气体进出的采样口；主处理模块；无线射频模块；NB‑IOT模块；模拟开关，模拟开关具有延伸出防爆外壳外的天线；辅助处理模块；TVOC传感器；多合一传感器；为主处理模块、无线射频模块、NB‑IOT模块、辅助处理模块、TVOC传感器、多合一传感器供电的电源模块；辅助处理模块对TVOC传感器、多合一传感器的数据进行采集、处理和校准后传送至主处理模块中，再经由主处理模块控制无线射频模块或NB‑IOT模块与外部的服务器进行数据交互。
Description
技术领域
本发明涉及环境污染监测领域，特别涉及一种防爆TVOC气体泄漏区域监测装置。
背景技术
目前，治理大气污染、监测TVOC气体的泄漏与区域空气质量已成共识，化工、钢铁、涂装等行业存在的问题尤其突出，TVOC气体的减排对空气质量改善具有关键的作用。相对于目前该领域国内外大量使用的FID、PID、光学和质谱等实验室仪器、在线式仪器和便携式仪器三大类对空气中的危险毒害气体进行监测。
实验室仪器对TVOC气体泄漏进行监测时，可以有效地对泄漏的成分进行分析，但是时效性差，且无法对泄漏源进行定位，实验室仪器通常体积硕大，操作复杂，使用该类TVOC气体监测法的时效性、便携性等较差，从而影响到大范围的使用，目前常在学校、科研单位、实验室中使用。
在线式仪器适合对重要部位的TVOC气体泄漏进行实时监测。但对安装环境要求苛刻，存在易燃、易爆气体的场合接入电源困难，该类仪器价格昂贵，并不适用大量、快速部署。
便携式仪器可以达到快速部署、泄漏源定位的目的，但由于该类仪器一般采取3至6个月一巡检的方式，采集到的数据也未能及时反馈到后台处理的工作人员，时效性差，难以及时发现存在TVOC气体大范围泄漏的问题。
为此，目前有大量关于TVOC监测方面的公开专利文献，例如：中国专利授权公告号CN202649194U公开的一种无线公共场所空气质量监测系统、中国专利授权公告号CN202974991U公开的一种VOC气体检测无线传感器、中国专利申请公布号CN105181618A公开的一种户外VOC气体监测系统、中国专利申请公布号CN105388208A公开了一种基于PID的空气中VOC监测仪及其实现远程监测的方法、中国专利授权公告号CN205581048U公开了一种VOC空气检测设备及设置有该设备的网络系统、中国专利申请公布号CN106706863A公开了一种传感器组室内空气监测系统等，但是上述专利均存在以下问题：1、不能实现通信方式的切换；2、单个处理器，不利于数据的处理；3、不具备防爆性能，不能在爆炸性环境下工作。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术存在的上述不足和缺陷，提供一种防爆TVOC气体泄漏区域监测装置，以解决上述问题。
本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：
一种防爆TVOC气体泄漏区域监测装置，包括：
防爆外壳，所述防爆外壳具有供气体进出的采样口；
设置在所述防爆外壳内的主处理模块；
设置在所述防爆外壳内且与所述主处理模块通信连接的无线射频模块；
设置在所述防爆外壳内且与所述主处理模块通信连接的NB-IOT模块；
设置在所述防爆外壳内且与所述主处理模块连接用以控制所述无线射频模块或NB-IOT模块工作的模拟开关，所述模拟开关具有延伸出所述防爆外壳外的天线；
设置在所述防爆外壳内且与所述主处理模块通信连接的辅助处理模块；
设置在所述防爆外壳内且与所述辅助处理模块通过运放电路模块连接的TVOC传感器；
设置在所述防爆外壳内且与所述辅助处理模块通信连接用以检测气压、湿度、温度及空气质量的多合一传感器；
设置在所述防爆外壳内且为所述主处理模块、无线射频模块、NB-IOT模块、辅助处理模块、TVOC传感器、多合一传感器供电的电源模块；
所述辅助处理模块对所述TVOC传感器、多合一传感器的数据进行采集、处理和校准后传送至所述主处理模块中，再经由所述主处理模块控制所述无线射频模块或NB-IOT模块与外部的服务器进行数据交互。
在本发明的一个优选实施例中，所述主处理模块和所述辅助处理模块之间设置有TVS防护电路。
在本发明的一个优选实施例中，所述TVOC传感器和所述多合一传感器还具有温湿度补偿模块。
在本发明的一个优选实施例中，所述无线射频模块与所述主处理模块之间通过SPI通信连接。
在本发明的一个优选实施例中，所述NB-IOT模块与所述主处理模块之间通过串口通信连接。
在本发明的一个优选实施例中，所述多合一传感器与所述辅助处理模块之间通过SPI通信连接。
在本发明的一个优选实施例中，所述主处理模块和辅助处理模块均为32位单片机。
由于采用了如上的技术方案，本发明的有益效果在于：
1、TVOC气体泄漏测量精度高，通过TVOC传感器测量VOCs浓度，而且还能通过多合一传感器检测气压、湿度、风速等数据，保证本发明在工况相对稳定的环境下个工作；
2、提高时效性，本发明由于使用无线进行监测与逻辑数据交互，可定时、定点采集监测点附近的TVOC气体的数据及与区域空气质量；亦可根据与云平台数据交互的逻辑自动调整监测TVOC气体的浓度值或区域空气质量的采样周期，克服实验室仪器检测和便携式仪器检测时效性差等问题。
3、人身安全性，本发明使用的是两种无线通信方式可实现远距离数据传输，无需工作人员到现场对TVOC气体的气体泄漏进行监测，避免了使用实验室仪器检测和便携式仪器检测时检测人员长时间近距离接触有毒、有害液体，从而给健康带来危害的问题。
4、防爆标准高，本发明所使用的是防爆外壳，防爆标准为ExdIICT4Gb，可以在爆炸性环境用电气设备分类(IIC)的场合，可以在氢、乙炔等危险爆炸气体环境下使用，解决了现有技术在有爆炸性气体的场合适用范围小的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一种实施例的原理框图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面进一步阐述本发明。
参见图1所示的一种防爆TVOC气体泄漏区域监测装置，包括防爆外壳10，防爆外壳10具有供气体进出的采样口，防爆外壳10的防爆标准为ExdIICT4Gb，可以在爆炸性环境用电气设备分类(IIC)的场合，可以在氢、乙炔等危险爆炸气体环境下使用，解决了现有技术在有爆炸性气体的场合适用范围小的问题。
防爆外壳10内设置有主处理模块100、无线射频模块200、NB-IOT模块(基于蜂窝的窄带物联网模块)300、模拟开关400、辅助处理模块500、TVOC传感器600、多合一传感器700和电源模块800。
主处理模块100分别与无线射频模块200和NB-IOT模块300通信连接。具体地，主处理模块100为32位单片机，主处理模块100与无线射频模块200之间通过SPI(串行外设接口)1通信连接，主处理模块100与NB-IOT模块300之间通过串口2通信连接。主处理模块100具有IIC、SPI等多种类型的接口、带唤醒功能的低功耗模式等特点，主处理模块100负责通信、控制以及电源控制策略。模拟开关400与主处理模块100连接，而且模拟开关400用以控制无线射频模块200或NB-IOT模块300工作，模拟开关400具有延伸出防爆外壳10外的天线410。
利用无线射频模块200将设备内部的温湿度、VOCs浓度、气压、风速等数据与服务器完成数据交汇，该无线射频模块200使用的频段还避免了民用频段的无线设备干扰，同时采用AES-128数据加密算法提高数据传输安全性高。
利用NB-IOT模块300将设备内部的温湿度、VOCs浓度、气压、风速等数据与服务器完成数据交汇，NB-IOT模块300可以通过模拟开关400与无线射频模块200进行切换，便于监测设备灵活接入无线网络，便于快速部署，大幅提高设备的智能化运维水平。
可以通过模拟开关400自动切换无线射频模块200或NB-IOT模块300两种不同的无线通信方式，便于通信冗余及灵活与后台服务器进行信息交互，可实现远距离数据传输，无需工作人员到现场对TVOC气体的气体泄漏进行监测，避免了使用实验室仪器检测和便携式仪器检测时检测人员长时间近距离接触有毒、有害液体，从而给健康带来危害的问题。
主处理模块100与辅助处理模块500之间通过串口3通信连接。主处理模块100和辅助处理模块500之间设置有TVS防护电路900，能够防止因瞬间的脉冲而导致的失灵。辅助处理模块500为32位单片机，具有IIC、SPI等多种类型的接口、带唤醒功能的低功耗模式等特点，辅助处理模块500负责通信、控制传感器相关数据的采集、处理、校准。
TVOC传感器600通过运放电路模块4与辅助处理模块500连接，TVOC传感器600，TVOC传感器600能够监测环境中的VOCs的浓度。
多合一传感器700与辅助处理模块500之间通过SPI(串行外设接口)5通信连接，多合一传感器700能够监测环境中的气压、温湿度、空气质量等数据。其中多合一传感器700中的温湿度传感器能够监测环境中的温湿度，通过该数据判断设备的内部环境是否在正常的工作温湿度范围内，从而降低设备的故障率。TVOC传感器600和多合一传感器700还具有温度补偿模块，尤其可以通过温湿度补偿的方式提高对TVOC传感器600和多合一传感器700的监测精度。
电源模块800为主处理模块100、无线射频模块200、NB-IOT模块300、辅助处理模块500、TVOC传感器600、多合一传感器700供电。电源模块800使用的是大容量的高性能防爆锂亚硫酰氯电池，其年自放电率在1％以下(20℃时)，使用温度在-60℃～+85℃之间，电池标准为IEC 60079-11本质安全。
本发明工作时，辅助处理模块500对TVOC传感器600、多合一传感器700的数据进行采集、处理和校准后传送至主处理模块100中，再经由主处理模块100控制无线射频模块200或NB-IOT模块300与外部的服务器进行数据交互。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (7)
1.一种防爆TVOC气体泄漏区域监测装置，其特征在于，包括：
防爆外壳，所述防爆外壳具有供气体进出的采样口；
设置在所述防爆外壳内的主处理模块；
设置在所述防爆外壳内且与所述主处理模块通信连接的无线射频模块；
设置在所述防爆外壳内且与所述主处理模块通信连接的NB-IOT模块；
设置在所述防爆外壳内且与所述主处理模块连接用以控制所述无线射频模块或NB-IOT模块工作的模拟开关，所述模拟开关具有延伸出所述防爆外壳外的天线；
设置在所述防爆外壳内且与所述主处理模块通信连接的辅助处理模块；
设置在所述防爆外壳内且与所述辅助处理模块通过运放电路模块连接的TVOC传感器；
设置在所述防爆外壳内且与所述辅助处理模块通信连接用以检测气压、湿度、风速的多合一传感器；
设置在所述防爆外壳内且为所述主处理模块、无线射频模块、NB-IOT模块、辅助处理模块、TVOC传感器、多合一传感器供电的电源模块；
所述辅助处理模块对所述TVOC传感器、多合一传感器的数据进行采集、处理和校准后传送至所述主处理模块中，再经由所述主处理模块控制所述无线射频模块或NB-IOT模块与外部的服务器进行数据交互。
2.如权利要求1所述的一种防爆TVOC气体泄漏区域监测装置，其特征在于，所述主处理模块和所述辅助处理模块之间设置有TVS防护电路。
3.如权利要求1所述的一种防爆TVOC气体泄漏区域监测装置，其特征在于，所述TVOC传感器和所述多合一传感器还具有温湿度补偿模块。
4.如权利要求1所述的一种防爆TVOC气体泄漏区域监测装置，其特征在于，所述无线射频模块与所述主处理模块之间通过SPI通信连接。
5.如权利要求1所述的一种防爆TVOC气体泄漏区域监测装置，其特征在于，所述NB-IOT模块与所述主处理模块之间通过串口通信连接。
6.如权利要求1所述的一种防爆TVOC气体泄漏区域监测装置，其特征在于，所述多合一传感器与所述辅助处理模块之间通过SPI通信连接。
7.如权利要求1所述的一种防爆TVOC气体泄漏区域监测装置，其特征在于，所述主处理模块和辅助处理模块均为32位单片机。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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